Hledání modrého souseda

Ivan Verner  |  Vesmír

Je to už patnáct let, co se naše tušení proměnilo v jistotu – naše Země není jediná ve vesmíru. Dnes se tato vědomost zdá samozřejmostí, známe totiž už téměř pět stovek takových objektů, které nazýváme extrasolární planety či jednoduše exoplanety. Jejich výzkum nastartoval v říjnu 1995 objev astronomů Mayora a Queloze. Byla jím planeta u hvězdy 51 Pegasi.

Donedávna jsme znali jen planety naší sluneční soustavy. Bylo jich devět: Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun a Pluto. V rámci jakési symetrie se hledala i desátá. Přitom tu poslední, nejvzdálenější, jsme nedávno z jejich seznamu vyškrtli a zařadili mezi úplně novou kategorii, takzvané plutoidy.

Po někdejší planetě tak zůstaly kromě vzpomínek a nové kategorie oběžnic ústřední hvězdy název prvku z řady transuranů, jméno animovaného psa, nový termín „zplutovat“ (v americké angličtině znamená znehodnotit, degradovat) a základ bankovního konta jedné americké školačky, která mu po oficiálním objevení v roce 1930 vybrala jméno. Obdržela za to celých pět dolarů.

Dlouhých pětašedesát let nikdo z astronomů na novou planetu nikde nenarazil. Přitom už ve čtvrtém století před naším letopočtem soudil řecký filozof Epikuros, že planetární systémy, jako je ten náš, jsou ve vesmíru záležitostí běžnou. Jeho oponent Aristoteles se však domníval, že Země je jedinečná a jako taková pak středem všeho. Ani jeden z nich nemohl svoje mínění podpořit důkazem.

Aristotelova autorita byla ovšem taková, že ještě o dva tisíce let později pro jiný názor jeho hlasatele upalovali. S neznámými planetami jsme se ovšem setkávali v literatuře a filmech kategorie science fiction. Nyní je tedy obrazně řečeno máme, teď ještě schází objevit na nich život. Bude takový, jako si myslí tvůrci spektáklu Avatar?

Problémy s gravitací

Musíme si uvědomit, že v celém našem známém vesmíru musí platit stejné fyzikální zákony a třeba chemické reakce za stejných podmínek budou probíhat všude stejně. Jestliže na Zemi dosahuje dvounožec výšky sto osmdesát centimetrů a přeborník mezi sekvojovci obrovskými vyroste do sta metrů, musí být v místě, kde jsou tyto míry podstatně překonány, něco jinak. Zřejmě je to gravitace.

Nejvyšší známá hora ve sluneční soustavě Olympus Mons na Marsu je sopka, která se mohla navršit do svých sedmadvaceti kilometrů hlavně díky menší gravitaci rudé planety. Když pomineme, že menší gravitace se v případě Avatara nijak jinak než zvětšením proporcí všeho neprojevuje, další otázkou tedy je, jak musí pracovat srdce živočichů a osmotický proces v buňkách rostlin, že ji dokážou překonat?

Pravda, i u nás v prehistorii existovaly na dnešní poměry obří entity. Například metrový škorpion Pulmonoscorpius kirktonensis. Jeho vzrůst však umožnilo o padesát procent větší množství kyslíku v atmosféře než dnes. Atmosféra, která panovala na inkriminovaném objektu, kde skákal a padal Avatar, byla pro člověka z blíže nespecifikovaných důvodů jedovatá.

Je třeba stavební hmota

S teorií, že vesmír vznikl najednou z jediného místa, přišel v roce 1927 jezuita Georges Lemaître. Názor byl napadán, vysmíván. Dokonce i termín velký třesk myslel slavný astronom Fred Hoyle, který ho první použil, jako posměšek. Pochybnosti, že vesmír mohl povstat nějak jinak, ustaly až někdy okolo roku 1980. Dnes se už opět vynořují, ale to by byla zcela jiná kapitola…

Zatím panuje shoda, že před takovými 13,7 miliardy let náš vesmír nějakým způsobem vznikl. Až na první okamžiky, představující pouhých 10–37 sekundy, máme tušení a mnohdy už i docela dobře víme, co se dělo. V každém případě hvězdy první generace, které se mohly objevit už pár set milionů let po velkém třesku, byly bez planet. K jejich stavbě chyběl materiál. Ani hvězdy druhé generace se na planetární systém nezmohly. Ty mají až hvězdy generace třetí, k nimž patří i naše Slunce.

Byly k tomu potřeba prvky s vyšším protonovým číslem, a ty se do prostoru dostaly až po explozích prvních supernov. „Vyrobila“ je jaderná fúze ve hvězdném nitru. Je to vícestupňový proces, při němž za vhodných podmínek (tím máme na mysli vysokou teplotu a tlak) se na počátku „spaluje“ vodík na helium při takzvaném proton-protonovém cyklu. V první fázi se srazí dvě jádra lehkého vodíku, tedy dva protony, přičemž vznikne deuteron, pozitron a neutrino.

V druhé části procesu se pak po srážce deuteronu s protonem vytvoří jádro izotopu helia (3H má v jádře namísto dvou neutronů a dvou protonů pouze jeden neutron a dva protony) a foton gama-záření. Celý cyklus uzavírá srážka dvou jader izotopu helia, kdy vznikne helium a dva protony. Například v jádru Slunce se každou sekundou přemění zhruba 589 milionů tun vodíku na helium a asi 4 300 000 tun hmoty je podle známé rovnice E = mc2 přetvořeno na vyzářenou energii.

Když v jádru takové hvězdy dojde vodík, jaderná fúze se zpomalí a jádro hvězdy se smrští natolik, že zvýšený tlak zažehne fúzi helia. Cyklus slučování jader se opakuje se stále těžšími prvky, dokud – podle velikosti – se hvězda nepromění v červeného či bílého trpaslíka, popřípadě vybuchne jako supernova nebo jako hypernova. Pro náš případ je významná právě supernova, která proměněné prvky vyvrhne do prostoru.

Z mezihvězdné hmoty se postupem času vlivem gravitace nebo i možného vnějšího podnětu může utvořit zárodek hvězdy s protoplanetárním diskem. V něm jednotlivé částice rotují, srážejí se a postupně vytvářejí planetesimály, jakési shluky pevné hmoty a ledu. Vzájemné gravitační působení vede ke srážkám a novému shlukování. Uprostřed se rotující disk zahušťuje, vzniká tu zárodek hvězdy.

Jestliže je dostatečně hmotný, zažehne gravitace, která v jádru zvýší tlak a teplotu, termojadernou fúzi. Unikající záření se dostane do rovnováhy právě s gravitací a my můžeme říci slovy klasika „Star is born“. Ne vždy to takhle dopadne. U mladých hvězd s desetinou hmotnosti Slunce se fúze nezažehne a končí jako hnědí trpaslíci, stonásobně hmotné hvězdy pak jsou krajně nestabilní.

Dobrá adresa

Zmínili jsme se, jaké velikosti má být hvězda, aby se v jejím jádru zažehla termojaderná fúze. Teď přijde další zúžení prostoru pro vznik života v jejich okolí. Ty o hmotnosti o padesát procent větší, než má Slunce, mají kratší období stabilního vyzařování, u menších, zhruba o sedmi desetinách hmotnosti Slunce, je pak prostor pro životodárnou planetu malý. Stabilita hvězdy pak znamená, že výkyvy v záření by neměly přesáhnout jedno procento.

Ovšem právě záření může být i smrtící, takový výbuch hypernovy je doprovázen směrovaným proudem gama-záření, které na své cestě spolehlivě vygumuje veškerý život. Ani její umístění v rodné galaxii nelze ponechat náhodě. Když je blízko středu s množstvím mezihvězdné hmoty, vystavuje sebe i své planety gravitační nestabilitě a silnému elektromagnetickému záření.

Umístění našeho Slunce se tedy dá přirovnat k výhře prvního pořadí ve sportce. Většina exoplanet, které jsme prozatím objevili, je hmotnosti našeho Jupitera a větších. Má to souvislost s dosavadním způsobem hledání těchto vzdálených objektů. Astronomové se zaměří na hvězdu, u níž planetární systém očekávají, a měří její svítivost. Její pravidelný pokles indikuje oběh nějakého temného tělesa.

Systém je jednoduchý, praxe pak odpovídá zaznamenání třepotavého průletu můry kolem pouliční lampy. Ta ovšem musí být alespoň dva kilometry vysoko. Znamená to, že většina exoplanet je obrovských rozměrů? Nikoli, systémy s více než dvojicí velkých plynných obrů typu Jupitera nejsou stabilní. Tvrdí to alespoň počítačové modely, nic takového na vlastní oči našich teleskopů sledovat pochopitelně nemůžeme.

Už trojice obřích planet se na oběžné dráhy okolo hvězdy příhodné velikosti prostě nevejde a jedna z nich obsadí ty, které by jinak byly příhodné pro takové, na nichž by mohl vzniknout život. Jestliže je naopak v protoplanetárním disku málo hmoty a obr nevznikne žádný, dráhy vnitřních planet nejsou chráněny gravitací těch velkých vnějších, jež může zachytit vesmírné tuláky nebo menší tělesa s excentrickými drahami. Jejich impakty pak zničí veškeré potenciální zárodky života.

Ani počet obrů „tak akorát“ nezajistí stabilitu systému v případě, že při jeho stavbě nebyl spotřebován všechen mezihvězdný plyn a prach nebo nebyl tento „odpad“ odvát zářením nějakého objektu v sousedství. Tohle vše totiž planetární mamut na sebe nabalí a začne se přibližovat ústřední hvězdě. Nakonec se do ní zřítí, po cestě však vezme s sebou i planety na vnitřních oběžných drahách.

Příliš mnoho náhod

Právě na nich je místo pro planetu podobnou Zemi. Když vezmeme záření Slunce, pak místo pro život na bázi sloučenin uhlíku a využití tekuté vody je právě mezi Venuší, kde je příliš velké teplo, a Marsem. Tuto oblast nazýváme ekosféra. I zde je důležitá hmotnost a s ní související gravitace. Příliš slabá přitažlivost neudrží atmosféru a nakonec i vodní páry, a tedy vodu. To je spolu s poměrným chladem příčinou, proč se život, alespoň v té dokonalejší formě, nevyvinul na Marsu.

Velká gravitace zhustí atmosféru do tenčí vrstvy, která tak nedostatečně chrání povrch planety proti škodlivému záření. S tím souvisí i důležitost magnetického pole. To pomáhá prakticky s tímtéž. Záření dokáže odklonit po silokřivkách. Jsou tu i další zákonitosti či spíše potřebné „náhody“. Planetu (vlastně život na ní) v ekosféře by měly chránit před zničujícími dopady vesmírných těles vnější obří planety svou gravitací. Je tu ale výjimka. Na mladou planetu je potřeba nějak dostat větší množství vody.

Tu podle posledních závěrů geofyziků a astronomů dopraví komety – shluky balvanů a ledu. Pak je také dobré mít Měsíc. Musí být dostatečně hmotný, aby svým gravitačním vlivem stabilizoval rotaci planety v určitém sklonu a pomáhal vyvolávat příliv a odliv, v jejichž pásu je velká šance na rozvoj vyšších forem života.

Ochotné uhlovodíky

Je příliš mnoho proměnných v rovnici života? Asi ano, ale těch rovnic může být snad nekonečný počet! Nezapomeňme, že ale mluvíme o životě takovém (nebo alespoň podobném), který známe my. Navíc šedá je teorie, zelený strom života a ne všechny podmínky musí být splněny absolutně. Každá miniaturní odchylka na začátku bude nakonec znamenat velkou odlišnost na konci.

Když pomineme teorie stvoření, které se liší především v počtu dní, jež si kreativní proces vyžádal, mají ke vzniku života co říci i zastánci takzvané panspermie, tedy zárodků života cestujících prostorem na vesmírném smetí. Tahle teorie sice může odpovědět na to, jak vznikl život na Zemi, ale problém vzniku života pouze odsouvá. I na Zemi existují extremofilní organismy, které neholdují přepychu slunečního světla, ba některé ani nepotřebují vodu.

V absolutní tmě oceánských hlubin, poblíž vývěrů horké vody, v níž jsou rozpuštěny minerály, žijí kolonie červů, kteří ji dovedou využít a získat z ní v redoxních reakcích nezbytnou energii k životu, růstu a rozmnožování. Za nimi sem míří další živočichové, kteří se jimi živí. V jednom jihoafrickém zlatém dole (Mponeng) v hloubce téměř tři kilometry byla zase objevena bakterie, která zde žije při teplotě přes šedesát stupňů Celsia, v absolutní tmě a bez kyslíku. Přesto si vytvořila svět sama pro sebe, když získává energii z radioaktivního rozpadu okolního uranu.

Tyto objevy povzbuzují astrobiology k domněnkám, že by třeba na některém z měsíců Jupiteru nebo Saturnu mohl existovat život hluboko pod zmrzlým povrchem. Je tu třeba také zmínit formu života založeného na čpavku a křemíku. Takovéto organismy byly zatím objeveny na stránkách méně seriózní sci-fi; nikdo však takovou eventualitu dosud nevyvrátil.

Tým astronomů z obsluhy satelitu Spitzer (jeho teleskop pracuje v oblasti infračerveného záření) v kalifornské Pasadeně při zaměření na několik mladých galaxií v průměrné vzdálenosti deseti miliard světelných let učinil nedávno navýsost zajímavý objev. Ze spektrálního rozboru vyplývá, že v jejich oblasti obsahuje mezihvězdná hmota značný počet molekul polycyklických aromatických uhlovodíků sestavených z přibližně stovky atomů.

Skutečnost je o to zajímavější, že atmosférou nechráněné molekuly dokáže záření rychle rozbít. Znamená to, že se tedy zároveň poměrně rychle zase seskupují a na základ pro život není vůbec nutno dlouho čekat. Ostatně na naší rodné planetě Zemi vznikl z geologického pohledu prakticky vzápětí poté, co planeta stačila vychladnout…

Jednobuněčný Avatar

Planety mimo sluneční soustavu se v poslední době staly jakýmsi hitem mezi astronomy a jejich vyhledávání ulehčí nové sondy s teleskopy, ať už to bude ta s názvem Kepler, jež má mít pozici na oběžné dráze okolo Slunce a podle odhadů vypátrá během své aktivní existence alespoň tisícovku exoplanet, už pracující satelit s teleskopem COROT (projekt Evropské vesmírné agentury), připravovaný James Webb Space Telescope, jehož start se očekává okolo roku 2014, či vylepšené pozemní interferometry.

Pochopitelně že se očekávají i objevy extrasolárních měsíců u některých exoplanet. Třímetroví modří lučištníci na nich rozhodně nebudou šplhat po obřích stromech a létat na pterodaktylech. Podmínky pro vznik inteligentního života (považujeme-li za inteligentního někoho, kdo se vzepře nadnárodní těžební společnosti) taková Pandora ale mít nebude. Měsíc obří planety by byl natolik vzdálen ústřední hvězdě, že by se život na něm musel spoléhat na úplně jiný zdroj světla a energie vůbec.

Jestli bychom tedy nějakého Avatara v takových podmínkách našli, byl by to zřejmě modrý, nejspíš jednobuněčný organismus, žijící hluboko pod zmrzlým povrchem, který ho ochrání před škodlivým zářením místo atmosféry, o niž ho z větší části dávno připravila mateřská planeta. Žil by ale v naprostém souladu s přírodou, protože by nic jiného ani nemohl dělat.

Zdroj: VTM Science

Nejčtenější